電池は、最初に充電したときよりよく動くことはありません。 それが電池の性質です。
しかし、Venkat Srinivasan のような専門家が喜んでアドバイスするように、充電状態を良く保つためにできることがないわけでもないのです。 「このような状況において、携帯電話やPHSなどのモバイル端末は、その性能を十分に発揮することができません。 「フル充電したら、プラグを抜いてください。 バッテリーはすでに充電されているのに、私たちはまだどんどん充電することに固執しています」
そう言いながら、私は緊張して彼の言葉を熱心に書き写しているラップトップに視線を落とさずにはいられなかった。 もちろん、それは接続されていました。 もちろん、少なくとも昨日からそうなっており、かつては少なくとも 2、3 時間はバッテリーがもっていたものが、今ではせいぜい 30 分のプラグインなしというところでしょう。 スリニバサンは、シカゴから南西に30分のところにあるアルゴンヌ国立研究所で、電池の科学を探求する主任研究者のひとりです。 彼は、携帯電話やラップトップのバッテリーが充電を維持する能力を失わないようにするためのすべてのトリックを知っています。 主な秘訣は、実際にデバイスを完全に充電しないことだと言います。
「できる最善のことは、70パーセントまたは80パーセントまで充電し、それ以上にはせず、その範囲にとどめることです」と、彼は言います。 このアドバイスの理由は、ほとんどの家電製品や、最近では電気自動車に搭載されているリチウム イオン電池の化学構造にあります。 充電と放電を繰り返すと、電池の材料が膨張・収縮し、電池全体にストレスがかかって寿命が短くなります。
携帯電話の電池が切れるまで使用し、その後100パーセント充電しても、数百回で機能しなくなる可能性があります。 Srinivasan の計算によると、バッテリーのスイングを 75 ～ 78% の間で小さく保つことに無茶苦茶熱心な人は、最大で 300,000 サイクルまで絞り出すことができます。
構造に関する懸念を超えて、なぜフル充電状態を維持したり、完全に充電したりすると、バッテリーに大きなダメージを与えるのでしょうか。
携帯電話やラップトップなどの充電式バッテリーは、リチウム元素の荷電粒子 (イオン) の電極間の移動から電流を生成します (これがリチウムイオン電池と呼ばれる理由です)。 充電時には、この過程が逆転します。 リチウムイオン電池では、一般的に負極はグラファイトのような導電性の炭素化合物でできており、正極はリチウムイオンを吸収・放出できるリチウムベースの化合物でできています。
ここで問題が起こるのは、たとえば携帯電話がずっとコンセントにつながれたままだったときです。 イオンが正極と反応し、酸化と呼ばれる化学プロセスを経て、電池のリチウムの一部が消費されるのです。 この反応が長く続くと、電池の電流を維持するために必要な粒子がどんどん失われていく。 このため、放電に時間がかからなくなり、電池の残量が少なくなってしまうのです。
バッテリーは過充電以外にも危険があり、携帯電話のプラグを抜くタイミングを常に完璧にしていても化学環境は不可逆的に劣化するのです。
「自然は残念ながら、その反応を起こそうとするので、起こってしまいます」と、Srinivasan は語ります。 電池の設計者ができることは、その反応を最小限に抑えようとすることです。 「しかし、それは完璧ではありません。 それでも、リチウムイオン バッテリーは気難しいので、おそらくほとんどの人はあまり問題に気づかないでしょう。 ほとんど潜在的な諦めがあるかもしれない, うん, それはちょうどあきらめと恒久的に接続されたデスクトップとしてあなたのラップトップを使用する時間, またはあなたの携帯電話は、ほぼ広告にあったバッテリーの寿命を持っていないようだと漠然とした感覚. しかし、電子機器を 3 年以上使用する予定がなければ、それほど大きな問題ではないでしょう。
しかし、同様のリチウムイオン電池のはるかに大きなバージョンで走る電気自動車はどうでしょうか。 テスラ車に 7 万ドル以上のお金を出す人のほとんどは、そのバッテリーが数年間、おそらく 10 年以上、充電を保持してくれることを望んでいるはずです。 どちらかといえば、電気自動車は、家庭用電子機器にはない、充電の管理における独自の問題を提起しています。 「そのため、短時間のうちにバッテリーを非常に激しく駆動させることができます。 ラップトップや携帯電話では、このような放電は通常ありません」
通常の使用以外では、すべてのバッテリは温度の変動に敏感で、携帯電話やラップトップのバッテリは、熱くなりすぎると自動的に停止するようにプログラムされているものもあります。 Tesla のバッテリは、携帯電話のバッテリ 8,000 個分に相当し、使用中はさらに高温になる可能性があります。 また、充電ステーションが涼しい場所にある可能性もあり、潜在的に危険な温度変動を生じさせてしまいます。
また、電気自動車がどのくらいの速さで充電する必要があるかという問題もあります。 今のところ、多くの電気自動車ドライバーは、夜間に充電することで満足しています。これは、車のバッテリーが安全でゆっくりとした速度で充電を回復できることを意味します。 しかし、将来の電気自動車インフラには、長距離移動の際に燃料を補給できるガソリンスタンドに相当する場所が必要になるだろう。
「理想的には、電気自動車を 15 分近くで充電したいのですが、これは誰かが充電ステーションに車を停めて、トイレに行って、ドリンクを取って、充電が完了して出発できるところをイメージしています」と Toney は語ります。 「これは大きな電力消費で、バッテリーはまだそれに対応できていません。 フルに充電することはできません。 そのような速度でバッテリーを充電しようとすると、すぐに故障してしまいます」
リチウムイオン電池は驚くべき発明で、コンピューター、電話、そして最終的には車の使い方における技術革新の推進に役立っています。 しかし、私たちの不可欠なデバイスに電力を供給するために理想的な内部化学は、その時間が本質的に限られていることも意味します。
充電を長く保持するための電池は、電池科学者が取り組んでいる多くの基本課題の 1 つで、すでに存在する設定を改善するか、新しく優れたものを作成するかということです。 「少なくとも、ラップトップは接続したままにしないでください! 少なくとも、まだコンピュータのバッテリ寿命を完全にダメにしていない人たちにとっては、です。